Os metais constituem o maior grupo
São bons condutores de eletricidade e sua condutividade elétrica decresce com a temperatura
De acordo com atividade biológica, os metais podem ser divididos em três tipos:
Metais essenciais - com funções biológicas conhecidas e específicas;
Metais pesados - O termo se refere a metais com densidade acima de 5 (decisão arbitrária). Termo com a conotação de poluição e/ou toxicidade
Metais eventualmente presentes nas células, sem funções definidas, podendo indicar mau-funcionamento das mesmas
Slide 2
Metais essenciais
Metais com funções essenciais: Na, K, Mg, Ca, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo e W
Os quatro primeiros (Na, K, Mg e Ca) são requeridos como elementos construtores no meio intracelular, e por isso mesmo sua concentração costuma ser elevada - MACRONUTRIENTES
Metais como Co, Ni, Zn, Mo são necessários em baixíssimas concentrações - MICRONUTRIENTES
O tungstênio tem sido apontado como essencial. Um exemplo são as bactérias termofílicas de fontes termais submarinas (130ºC): Metabolismo dependente, acredita-se.
Slide 3
Metais essenciais - funções
Os elementos de transição e o zinco ligam-se firmemente a macromoléculas, particularmente protéinas, e estão involvidos em processos como catálise enzimática de hidrólise ou reações de oxidação e/ou redução
Elementos importantes no transporte e armazenamento de moléculas menores, tais como oxigênio.
Cátions dos grupos 1 e 2 também participam de catálise enzimática, particularmente o magnésio.
Outras funções: mecanismos de controle de reações, estabilização de estruturas, neutralização de cargas e controle de pressão osmótica.
Cátions monovalentes são de particular importância nas funções de neutralização de cargas e controle da pressão osmótica
Exemplos:
Mg - central da molécula de clorofila;
Cu da citocromo c-oxidase, enzima presente na mitocôndria, responsável pela transferência de elétrons (Cu+2 a Cu+) numa das etapas na cadeia respiratória;
Zn nos "zinc-fingers", proteínas ligantes de DNA, importantes na ativação de reações da transcrição de proteínas.
Slide 4
Transporte dos metais essenciais
Moléculas pequenas e sem carga entram por difusão passiva de acordo com gradiente de concentração
Íons carregados requerem energia para serem transportados. Esta energia pode ser em forma de ATP
Exemplo: Sideróforos - pequenas esferas transportadoras de ferro em bactérias.
Slide 5
Metais tóxicos
Nâo tem função metabólica conhecida
Metais tóxicos: Ag, Cd, Sn, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Al
Germánio, arsênio, antimõnio e selênio são incluídos entre metais tóxicos para fins de estudo, embora sejam metalóides
O alumínio considerado tóxico em decorrência da solubilização de aluminosilicatos nos solos em consequência das chuvas ácidas. As espécies de Al (III) são tóxicas para bactérias do solo e acabam gerando problemas em horticultura.
Slide 6
Metais indiferentes
Metais como Rb, Cs, Sr e vários metais de transição, são por vezes acumulados nas células por interações físico-químicas não específicas ou por mecanismos específicos de transporte (Gadd, 1988; Beneridge, 1989 a b)
Os íons acumulados podem exercer efeitos biológicos indiretos como a substituição do íon potássio na neutralização de cargas de Rb+ ou Cs+
A presença de metais em microrganismos, por exemlo, reflete as características geológicas ou ambientais de um local. Exemplo: registro de íon de Césio encontrado em bactérias na área de Chernobyl
Saber sobre o comportamento de um metal é saber sobre seu grau disponibilidade.
Disponibilidade - Inferir o quanto de metal pode ser efetivamente levado do compartimento abiótico para o biótico.
As pesquisas atuais dão importância em conhecer o impacto no ambiente de uma espécie particular de metal ao invés de sua concentração total
Comportamento e mobilidade de um metal depende de sua especiação. Especiação indica a forma ou espécie química que o mesmo pode assumir. Exemplo: Compostos sólidos possuem menos mobilidade que metais coloidais ou solúveis.
Caption: : Especiação geoquímica dos metais (Solomons et al, 1995)
Slide 8
Fatores que interferem na especiação
O tipo de espécie química, sua solubilidade ou precipitação de um metal depende de fatores físicos e químicos como pH e potencial redox (Eh)
Em meio alcalino e oxidante, os metais costumam estar fortemente ligados a compostos de Fe e Mn
Já em condições redutoras, eles precipitam na forma de sulfetos.
Presença de quelantes com o sal de EDTA, os naturais (ácidos húmicos e fúlvicos)
Íons orgânicos - formação de precipitados, diminuindo a disponibilidade para organismo. Exemplo Íons de Cloro
Caption: : Solubilidade de acordo com pH e Eh (Salomons et al., 1995)
Slide 9
Metais no solo
Solo - tampão natural no controle de transporte de elementos químicos e substâncias para a atmosfera, hidrosfera e biota
A manutenção das funções ecológicas e agrícolas do solo depende em parte do equilíbrio dos metais nele presentes (Salomons et al 1995). Exemplo: metais-traço devem estar disponíveis para o crescimento dos vegetais, mas não em concentrações muito altas.
A chave para proteção de suas funções ecológicas e de uma agricultura sustentável - PADRÕES ACEITÁVEIS para níveis permissíveis de metais no solo.
Equilíbrio químico dos metais - Características: Dissolução/ Disfusão/ Sorção/ Precipitação
O comportamento dos elementos-traço refletido em sua especiação depende grandemente das formas ou compostos adicionados assim como nas condições do solo. Exemplo: Zn e Cd, concentração diminui se houver despejos de esgotos sobre o solo, pois gera condições anóxicas que faz precipitar esses metais.
A concentração de metais-traço em solução no solo é um bom índice da dimensão da fração móvel. Qualquer estresse químico é refletido em variações na concentração dos metais em solução.
Slide 10
Metais na água
Composição Iônica = Efeitos Hidrológicos + Mineralógicos + Pluiviométricos de uma região.
Águas não poluídas devem presumivelmente refletir as concentrações de elementos-traço das rochas e solos.
Concentrações acima da média desses elementos nas águas profundas estão geralmente associadas a valores baixo de pH, sólidos altamente dissolvíveis ou elevadas concentrações de quelantes orgânicos ou inorgânicos.
Além do pH e Eh, há também a dureza da água (concentração de carbonato de cálcio. A reduzida toxicidade em águas alcalinas de dureza elevada é a melhor explicação para o decréscimo na incorporação de metais-traço nos organismos.
Fatores Físicos e químicos sobre a biodisponibilidade dos elementos:
Precipitação de hidróxidos, carbonatos e hidroxi-carbonatos insolúveis
formação de complexos inorgânicos solúveis com carbonatos, hidróxidos, fosfatos ou sulfatos
Este fator é o mais importante na redução da toxicidade do cobre em águas de dureza elevada
competição entre cátions alcalinos-terrosos e elementos-traço pelos sítios de transporte nas membranas dos organismos.
Acumulação biótica de metais traço é maior em águas onde há menor concentração de compostos orgãnicos dissolvidos (oligotróficos) do quem em águas eutróficas.
Algumas plantas acumulam mais elementos-traço quando eles estão em complexos orgânicos
Slide 11
Metais na água do mar
Por descargas fluviais, ventos, fontes hidrotérmicas, intemperismo das rochas e atividades antropogênicas.
Rios representam a maior fonte de metais particulados e dissolvidos
Os metais dissolvidos que chegam ao oceano são bem mais reativos do que os íons principais (Na e Cl)
Rochas sedimentares
